折纸结构陶瓷“弯而不断”

更新时间：2025-04-30 04:20  浏览量：2

美国休斯敦大学团队将古代折纸艺术的设计理念与现代材料科学相结合，开发出一种新型陶瓷结构。这种结构在压力下虽然弯曲但不会断裂，展现出前所未有的柔韧性和强度。这项技术为轻质、高强度材料的应用开辟了新路径，有望在医疗假肢、航空航天以及机器人等对抗冲击性能要求较高的领域发挥重要作用。相关研究成果发表于新一期《先进复合材料和混合材料》期刊。

传统陶瓷因其高硬度和耐热性被广泛应用，但其固有的脆性也限制了其在动态或高应力环境中的使用。一旦受到外力挤压，陶瓷极易开裂甚至粉碎，难以胜任需要形变适应能力的场景。然而，这项新研究通过引入柔性设计理念，成功突破了这一局限。

团队借助一种被称为Miura-ori的经典折纸图案，利用3D打印技术制造出具有复杂折叠结构的陶瓷框架。Miura-ori是一种可将平面材料压缩成更小空间但仍保持平整特性的折叠方式，广泛用于工程和空间展开系统中。随后，他们在该结构表面涂覆了一层可拉伸且具备生物相容性的聚合物，从而赋予陶瓷全新的机械性能。

实验结果显示，这种经过聚合物涂层处理的陶瓷结构，在不同方向施加压力时表现出优异的抗压能力和弹性恢复能力。相比之下，没有涂层的传统陶瓷则在相同条件下迅速开裂或断裂。团队还在静态与循环压缩条件下对这些结构进行了系统测试，并结合计算机模拟验证了其实验结果。数据显示，涂层结构在陶瓷原本最脆弱的方向上展现出显著增强的韧性。

团队指出，折纸不仅是视觉艺术的一种形式，更是一种极具潜力的功能性设计工具。它为解决生物医学和工程领域的材料挑战提供了全新思路。这项研究展示出如何通过巧妙的结构设计，在本质上脆弱的材料中引入灵活、强韧的新特性。未来，这类结构有望应用于更多高性能材料的研发，推动医疗设备、智能机器人及航天器材的创新发展。（张梦然）